Chirales Quark-Modell für Baryonen

Forschungsprojekt P 14806 Chirales Quark-Modell für BaryonenWillibald PLESSAS27.11.2000 Die fundamentale Theorie der starken Wechselwirkung, die Quantenchromodynamik (QCD), ist im Bereich niedriger und mittlerer Energien nicht direkt und auf umfassende Weise lösbar. Dennoch besteht der Anspruch, die Vielfalt der Phänomene von Hadronen (d.s. die stark wechselwirkenden Elementarteilchen), welche für den Aufbau der Materie grundsätzlich verantwortlich sind, gerade in diesem Energiebereich verläßlich erklären zu können. In solchem Bestreben ist man also auf alternative Lösungsmethoden bzw. Modelle der QCD angewiesen. Für diese ist freilich erforderlich, daß sie den wesentlichen Eigenschaften der QCD entsprechen müssen. Ein vielversprechender Zugang zu Niederenergie-Prozessen von Hadronen besteht in Konstituenten- Quarkmodellen. Sie erlauben eine weitgehend exakte Berechnung von Hadron Phänomenen und sind gleichzeitig geeignet, die relevanten Eigenschaften der QCD zu inkorporieren. Zu letzteren gehört zweifellos die spontane Brechung der chiralen Symmetrie der QCD als ein grundlegendes dynamisches Prinzip. In diesem Projekt soll ein chirales Quarkmodell untersucht werden, welches wesentlich auf jenen Freiheitsgraden beruht, die durch die spontane Brechung der chiralen Symmetrie hervorgerufen werden, nämlich Konstituenten- Quarks und Goldstone-Bosonen. Dieses sogenannte `GoldstoneBoson-Austausch-Konstituenten-Quarkmodell` (GBE CQM) hat sich in den letzten Jahren bereits als besonders erfolgreich in der Beschreibung der Spektroskopie leichter und seltsamer Baryonen erwiesen. Insbesondere war es in der Lage, lange bestehende Probleme hinsichtlich der richtigen Niveau-Abfolge in den Anregungsspektren zu lösen, was in bezug auf weitere Anwendungen des Modells vielerorts großes Interesse hervorgerufen hat. Um die breitere Bedeutung der Eigenschaften der neuartigen Dynamik für die Wechselwirkung von Konstituenten-Quarks zu erweisen, sind nunmehr die wichtigen Fragen zu k1ären, ob das GBE CQM auch imstande ist, Reaktionsprozesse mit leichten und seltsamen Baryonen zu erklären. In erster Linie sind hier die elektromagnetische Struktur der Nukleonen (Proton und Neutron), der grundlegenden Bausteine der Atomkerne, weiters elektromagnetische Übergänge zu ihren Anregungszuständen sowie hadronische. Zerfälle von Baryon-Resonanzen bedeutsam. Zu all diesen Prozessen gibt es von modernen Beschleunigeranlagen umfassendes experimentelles Datenmaterial, welches einerseits einen strengen Prüfstein für die Adäquatheit theoretischer Modelle abgibt und andererseits selbst einer dringenden theoretischen Erklärung bedarf. Man erwartet sich daraus, das Verständnis und die Beherrschbarkeit von hadronischen Reaktionen zu den ursprünglichsten Konstituenten der Materie vorantreiben zu können. Darin bestehen die wesentlichen Ziele dieses Forschungsprojekts. Zu den geplanten Untersuchungen gibt es bereits einige Vorarbeiten, die weitere höchst interessante Ergebnisse erwarten lassen. Über die bereits etablierte korrekte Beschreibung der Baryonspektren hinaus scheint innerhalb des GBE CQM die konsistente Erklärung insbesondere der elektromagnetischen Formfaktoren der Nukleonen möglich zu sein. Es zeichnet sich ab, daß dafür die Einbeziehung relativistischer Effekte von essentieller Bedeutung ist, was hier bezüglich eines realistischen Quarkmodells für Baryonen erstmals vollständig erreicht werden kann. Gleiches gilt für elektromagnetische Übergange zu Nukleon-Anregungszuständen. Weiters besteht die Aussicht, in analoger Weise auch das lange anstehende und bisher nur unbefriedigend behandelte Problem der mesonischen Zerfälle von Baryonen lösen zu können.